BIM技術在橋梁工程設計中的應用分析

文/蔣發(fā)

1 前言

隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，橋梁建設也處于關鍵階段，尤其是一些跨海或者是跨江等橋梁建設項目，所需要的建造工藝和建造難度逐漸增大，從橋梁工程設計階段、管理階段和運營階段都要做好充足的準備，保證橋梁工程的施工質(zhì)量。

2 工程項目中BIM 的應用特征

通過應用建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱：BIM)技術實現(xiàn)對橋梁工程項目的管理，以此來提升橋梁工程的應用效率，進而解決橋梁工程在設計初期所遇到的各類問題。同時，BIM 技術在橋梁工程中的應用可以滿足綠色環(huán)保的核心理念，確保橋梁整個生命安全周期的可持續(xù)性。采用BIM技術的目標是建立完整的項目全過程，以此來解決當前項目設計中存在的諸多問題[1]。

2.1 可視化

可視化是BIM 的本質(zhì)，是檢驗BIM 技術的重要特征。尤其是在建筑行業(yè)，建筑信息模型可視化有著非常重要的現(xiàn)實意義，尤其是基于計算機輔助設計(Computer Aided Design，簡稱：CAD)，在圖紙上使用簡單的線條對其進行繪制，無法真實表現(xiàn)出構(gòu)件的實際結(jié)構(gòu)與形態(tài)，這就要求施工人員具備一定的空間想象力。BIM 技術為可視化的實現(xiàn)提供了新的路徑，在現(xiàn)實中，以三維的形式呈現(xiàn)出來。在建筑行業(yè)中，效果圖的應用雖然可以直觀地呈現(xiàn)出項目設計的整體外觀，但僅限于構(gòu)建的大小、位置與顏色，其他信息相對不完整，不同構(gòu)建之間的互動性相對不足[2]。

2.2 協(xié)同性

協(xié)同性是用于協(xié)調(diào)協(xié)作的功能，是檢驗BIM 的第二特征。目前，協(xié)調(diào)協(xié)作方式是建筑業(yè)各環(huán)節(jié)的工作關鍵，無論是建筑單位的生產(chǎn)單位還是設計單位，在工程運營方面都需要相互協(xié)調(diào)并配合工作開展。對于項目落實過程中所出現(xiàn)的問題，需要進行組織協(xié)調(diào)，找到問題出現(xiàn)的原因，并提出合理的解決方案，盡快進行補救[3]。

2.3 模擬性

BIM 技術主要是用于功能模擬，因BIM 技術的模擬對象并非針對建筑模型，而是針對建筑物實際環(huán)境的建筑模擬。BIM 技術的應用也是模擬功能的一部分，可以此來驗證建筑施工的可能性。如對于相對復雜的工程項目，BIM 技術會對周圍環(huán)境進行模擬，以此來驗證施工的可能性。模擬作為最常見的操作，在進行仿真后，需要對其進行分析，避免在建筑設計和建筑施工中出現(xiàn)問題[4]。

3 BIM 技術在橋梁工程設計中的應用

3.1 基于BIM 技術確定橋梁工程框架

基于BIM 技術的橋梁項目是一個動態(tài)過程，是基于BIM 信息模型完成各個階段的工作內(nèi)容。在這一過程中，信息和模型都是動態(tài)的。BIM 在橋梁工程不同階段的應用框架如圖1 所示。橋梁項目中有諸多環(huán)節(jié)需要應用到BIM 技術，如施工準備階段、施工驗收階段和維護階段等。在實際應用中，需要重視流程問題，以實現(xiàn)對項目的精細化管理和信息化管理。本課題主要討論BIM 技術在橋梁設計階段的應用，具體包括參數(shù)化設計、Dynamo 橋梁設計以及模塊化設計等[5]。

圖1 BIM 在橋梁工程不同階段的應用框架

3.2 基于BIM 技術橋梁可行性問題探究

橋梁工程項目可行性報告是項目進行的基礎和依據(jù)，需要考慮到項目建設的可行性，了解項目建設的重要性與必要性。對于整個項目來說，工程項目可行性報告與設計階段有所不同，需要項目各部門進行工程協(xié)調(diào)。同時，可行性的提出需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整，若是指標出現(xiàn)變動，需要對應的部門對數(shù)據(jù)進行調(diào)整，提高項目部門參與的流暢度。與傳統(tǒng)使用的CAD 技術有所差距，BIM 技術的運用主要是將項目設計作為此次產(chǎn)品的核心，并對其展開模型構(gòu)建，所涉及的各種要素都可以通過BIM 信息采集平臺完成，以此來彌補設計階段多部門門溝通不暢的問題。橋梁可行性研究階段可以解決項目決策中存在的諸多問題，目前除了BIM 技術信息集成外，其自身還具有三維可視化功能，能夠了解項目建設的可行性與必要性。同時，每個階段各方案模型可以直接導入交互后期處理模型，用于向社會公眾進行展示，最終選擇出大眾可以接受的項目計劃和方案[6]。

3.3 基于BIM 技術橋梁設計

在施工設計中，需要完善施工圖紙與相關資料，根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，進一步細化施工圖紙，對存在誤差的地方進行矯正。目前在橋梁項目設計中，常規(guī)的設計圖標準只能滿足施工水平，項目中的具體數(shù)據(jù)不夠精準，難以滿足橋梁施工所需要的支架、橋墩等在內(nèi)的重要參數(shù)與結(jié)構(gòu)。技術人員通過建模方式對平面設計中存在的問題進行補充與細化，對傳統(tǒng)設計圖紙中保留的數(shù)據(jù)和設計結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，而這些內(nèi)容多數(shù)是依靠技術人員的工作經(jīng)驗[7]。在龐大的橋梁工程設計中，面對龐大的數(shù)據(jù)信息，尤其是在巨大的模型信息量下，很難實現(xiàn)對圖紙的細化和調(diào)整，甚至會忽略重要的信息內(nèi)容。采用BIM 技術是為了解決經(jīng)驗所造成的設計圖紙不過關的問題，三維可視化效果可以對圖紙中所存在的諸多細節(jié)進行調(diào)整和修正，達到精細化改善。同時，對于不同的項目，BIM 技術可以滿足不同的建模需求，可以構(gòu)建出不同的精準度和可視化模型效果。與平面設計圖相比，可以直觀地對細節(jié)內(nèi)容進行調(diào)整和優(yōu)化，確保圖紙的精準度與效果得以提升[8]。

3.3.1 參數(shù)化設計

參數(shù)化設計是將各要素作為函數(shù)變量，通過設計函數(shù)或算法關聯(lián)各個參數(shù)，達到模型生成目的，以此來減少建模中重復性工作，提升橋梁建模的效率。由于每座橋梁橋設計環(huán)境和設計目的存在差異，決定著橋梁造型的區(qū)別，目前可以通過使用BIM 技術進行建模，改變和提高現(xiàn)有建模效率，滿足更復雜的橋梁工程項目設計。

3.3.2 Dynamo 橋梁設計

Dynamo 是Revit 的可視化編程插件，允許設計師以可視化節(jié)點的形式指定參數(shù)和功能來修改模型，通過模型計算與建模過程的自動化來優(yōu)化并提升技術人員的設計效率。項目設計師可以根據(jù)節(jié)點和箭頭，按照某種邏輯將節(jié)點連接起來，解決編程所遇到的難題，從而提升工作效率。

4 結(jié)語

本文以橋梁工程施工項目作為研究背景，對BIM技術進行分析，主要對當前橋梁BIM 技術應用的可行性和設計階段的應用現(xiàn)狀進行討論，以最大限度地提升BIM 技術的應用價值。